金属材料的蠕变现象及其影响分析

金属材料在恒定温度和恒定载荷（或恒定压力）的作用下，随时间的延长发生缓慢而连续的形变称为蠕变。由于蠕变断裂主要发生于晶界，因此晶界的形态、几何配置、与外加应力的取向、性质、结构、析出物、偏析等对蠕变断裂均会产生重大影响。对于金属材料，蠕变现象随温度的升高而增强，承受载荷的能力可显著下降。随着航空航天工业的发展，材料工作温度更高，承受的应力更大，对高温材料的抗蠕变性能要求日益提高。

1.蠕变曲线

表示蠕变过程中应变ε与时间t关系的曲线称为蠕变曲线，如图10.1-18a所示。这种曲线可分为三个区域（或三个阶段），图10.1-18b蠕变损伤的渐进如图10.1-19所示。

1）区域Ⅰ（ab）是减速蠕变阶段，加载后蠕变速率逐渐减少。

2）区域Ⅱ（bc）是恒速蠕变阶段，应变速度几乎恒定，即通常所说的蠕变速率。

3）区域Ⅲ（cd）是加速蠕变阶段，变形达到c后，蠕变速率迅速增加，达到d时断裂。

2.蠕变强度

金属蠕变抗力判据（指标）是蠕变强度。确定蠕变强度有两种方法：一种方法为在一定温度下，当蠕变第二阶段内的蠕变速率恰好等于某一规定值时，把所对应的应力值定义为蠕变强度，记作

（MPa），其中，T表示温度（℃），为第二阶段的蠕变速率（%/h）；另一种方法是一定温度下，在规定的时间内使试样产生规定伸长率的应力，把所对应的应力值定义为条件蠕变强度，记作δ^T_δ/t（MPa），其中，δ/t表示在规定的时间t内使试样产生蠕变的伸长率δ（%），T为温度（℃）。

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图10.1-18 蠕变曲线

图10.1-19 蠕变损伤的渐进

3.持久强度与持久塑性

蠕变断裂抗力的判据（指标）是持久强度和持久塑性。

1）持久强度是指试样在一定温度和规定时间内引起断裂的最大应力值，记作σ^T_t（MPa）。例如表示某材料在700℃，经1000h后发生断裂的应力（即持久强度）为300MPa。

2）持久塑性是反映材料在高温长时间作用下的塑性性能，是衡量材料蠕变脆化的一个重要指标。很多材料在高温长时间作用后，伸长率大幅降低，往往发生脆性断裂。持久塑性是在持久强度试验中，用试样在断裂后的伸长率和断面收缩率来表示的，一般要求持久塑性不小于3%～5%。

3）金属材料的持久强度与持久塑性的试验测定比较简单，不需测定变形过程中的伸长量。通常，只要测定给定温度和应力下的断裂时间、断裂后的伸长率和断面收缩率。